JPH11122903A

JPH11122903A - リニアモータ

Info

Publication number: JPH11122903A
Application number: JP28679997A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Honma; 一隆本間
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1997-10-20
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な構造により、推力分布中に含まれる高
調波成分を打ち消して推力リップルの発生防止すること
のできるリニアモータを提供することを目的とする。【解決手段】極性が交互にかつ直線状となるように多
極着磁された永久磁石１１と、この永久磁石に対向配置
され、同一電流で逆方向の電流が流れる一対のコイル１
２ａ・１２ｂを有する電機子１２とを備えたリニアモー
タであって、前記電機子のコイルピッチをＰｃとし、か
つ、前記永久磁石１１の着磁ピッチをＰｍとした場合、
前記コイルピッチＰｃが、次式で与えられることを特徴
とする。Ｐｃ＝（２／３＋ｎ）Ｐｍ但し、ｎは整数。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタのヘッド
キャリッジ駆動等の小型のＯＡ機器に用いられるリニア
モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタのヘッドキャリッジ等の
駆動に用いられるリニアモータとして、図４に示す構造
のものが知られている。

【０００３】この図において符号１で示すリニアモータ
は、極性が交互にかつ直線状となるように多極着磁され
た永久磁石２と、この永久磁石２に対向配置され、同一
電流で逆方向の電流が流れる一対のコイル３ａ・３ｂ、
４ａ・４ｂを有する一対の電機子３・４とを備えた２相
リニアモータであり、前記各電機子３・４は、同一のス
ライダ５に一体に装着され、このスライダ５が、前記永
久磁石２と平行に設けられた一対のガイドバー６に摺動
自在に装着されることにより、前記各電機子３・４が永
久磁石２に対して所定間隔をおいて対向させられるよう
になっている。

【０００４】そして、図５に示すように、各電機子３
（４）のコイル３ａ・３ｂ（４ａ・４ｂ）のピッチＰｃ
を、前記永久磁石２の着磁ピッチＰｍに一致させること
によって、各電機子３・４のピッチＰｄを、前記永久磁
石２によって形成される磁束密度分布の周期に対して１
／４周期ずらして設置することにより、全推力が最大と
なるようにしている。

【０００５】ここで、前記永久磁石２における磁束密度
分布の１周期を電気角３６０゜とし、他の部位の寸法と
の相対的な大きさを電気角で示すと、図５に示すよう
に、前記着磁ピッチＰｍが１８０゜となるとともに、コ
イルピッチＰｃも１８０゜となり、また、各電機子３・
４間のピッチＰｄが２７０゜となる。

【０００６】そして、このようなリニアモータ１を動作
させるためには、前記電機子３・４に供給する電流を一
定周期で反転させるスイッチング制御を行なう必要があ
るが、この場合、図６に示すように、リニアモータ１の
推力Ｆは、電機子３に発生する推力分布Ｚ１と電機子４
に発生する推力分布Ｚ２の波形にそのまま依存し、前記
推力分布の波形が曲線の場合には、前記推力Ｆに必ずむ
ら（推力リップル）が発生する。

【０００７】したがって、この不具合を抑制するため
に、前記永久磁石２が発生する磁束密度分布Ｂを図７に
曲線Ｅおよび曲線Ｆで示すように、台形に近い形状とす
る対策がなされている。

【０００８】また、各電機子３・４を同相の正弦波電流
でリニアモータ１を駆動する場合、前記永久磁石２によ
って形成される磁束密度分布が正弦波であれば、理想的
な平滑な推力Ｆが得られる。

【０００９】すなわち、前記永久磁石２が発生し電機子
３における磁束密度分布をＢ１および推力をＦ１とする
とともに駆動電流をｉ₁＝ｉ₀・ｓｉｎθとし、また、前
記永久磁石２が発生し電機子４における磁束密度分布を
Ｂ２および推力をＦ２とするとともに供給電流をｉ₂＝
ｉ₀・ｃｏｓθとすると、次式が成り立つ。

【００１０】Ｂ１＝Ｂ・ｓｉｎθ ・・・（１）式Ｂ２＝Ｂ・ｃｏｓθ ・・・（２）式Ｆ１＝Ｂ１・ｉ₀・ｓｉｎθ ＝Ｂ・ｉ₀・ｓｉｎ²θ ・・・（３）式Ｆ２＝Ｂ２・ｉ₀・ｃｏｓθ ＝Ｂ・ｉ₀・ｃｏｓ²θ ・・・（４）式但し、Ｂは定数。

【００１１】そして、両電機子３・４によって得られる
全推力Ｆは、次式で得られる。

【００１２】Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２・・・（５）さらに、前記（３）（４）（５）式より、Ｆ＝Ｂ・ｉ₀・（ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ）＝Ｂ・ｉ₀ ・・・（６）式となり、前述した駆動電流および磁束密度分布が完全な
正弦波である場合には、むら（推力リップル）のない推
力Ｆが得られることとなる。

【００１３】しかしながら、このような従来のリニアモ
ータにおいては、実際の駆動時に、前述した推力リップ
ルが発生し、スライダ５の円滑な移動が損なわれている
のが現状である。

【００１４】その原因の一つとして考えられるのが、各
電機子３・４を構成する各コイル３ａ・３ｂ（４ａ・４
ｂ）において永久磁石２より発生させられる磁束が、図
８（ａ）および（ｂ）に示すように、基本周期の磁束成
分Ｂ１・Ｂ２中に高調波成分Ｃ１・Ｃ２を含んだ磁束分
布であり、かつ、各コイル３ａ・３ｂ（４ａ・４ｂ）の
ピッチＰｃが着磁ピッチＰｍと同様に電気角で１８０゜
に設定されていることから、これらの合成によって得ら
れる推力分布Ｚ１（Ｚ２）が、高調波成分Ｃ１・Ｃ２の
影響により、図８（ｃ）に示すように、正弦波形Ｓから
大きくずれた波形となされることである。

【００１５】そして、このように合成推力分布Ｚを正弦
波形からずらすことに大きく影響している高調波成分
は、３次の高調波成分Ｃがそのほとんどである。

【００１６】さらに、このような不具合を抑制するため
には、たとえば、図９に示すように、前記永久磁石２を
不連続に配置したり、もしくは、前述した高調波成分Ｃ
に対応させて駆動波形の制御を行ない、推進リップルを
抑制することが実施されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たように、着磁の工夫や磁石の配列の調整を行なった
り、高精度な着磁や駆動波形の制御を行なうようにした
従来の対処方法にあっては、その対処が煩雑であるばか
りでなく、装置の製造コストの高騰を招いてしまうとい
った問題点があり、また、不連続磁石を用いる場合に
は、製品にばらつきがあると、設置位置や着磁の精度が
悪くなり、前記推力リップルを消滅させることができな
い。

【００１８】特に、駆動波形を制御することによって前
記推力リップルを消滅させる場合においては、駆動波形
の制御を高調波磁束成分に対応して行なうようにしてい
ることから、これらの駆動波形と高調波磁束成分との対
応が難しいばかりでなくずれが生じやすく、逆に予期せ
ぬ推力リップルを発生させることもある。この結果、推
力リップルの発生を十分に抑制することができず、十分
な解決手段とはなり得ていない。

【００１９】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、安価な構造により、推力分布中に含
まれる高調波成分を打ち消して推力リップルの発生防止
することのできるリニアモータを提供することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるリニアモ
ータは、前述した目的を達成するために、極性が交互に
かつ直線状となるように多極着磁された永久磁石と、こ
の永久磁石に対向配置され、同一電流で逆方向の電流が
流れる一対のコイルを有する電機子とを備えたリニアモ
ータであって、前記電機子のコイルピッチをＰｃとし、
かつ、前記永久磁石の着磁ピッチをＰｍとした場合、前
記コイルピッチＰｃが、次式で与えられることを特徴と
している。

【００２１】Ｐｃ＝（２／３＋ｎ）Ｐｍ但し、ｎは整数。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図１〜図２に基づき説明する。

【００２３】図１において符号１０で示す本実施形態に
係わるリニアモータは、極性が交互にかつ直線状となる
ように多極着磁された永久磁石１１と、この永久磁石１
１に対向配置され、同一電流で逆方向の電流が流れる一
対のコイル１２ａ・１２ｂ、１３ａ・１３ｂを有する一
対の電機子１２・１３とを備えた２相リニアモータであ
り、前記各電機子１２・１３は、同一のスライダ１４に
一体に装着され、このスライダ１４が、前記永久磁石１
１と平行に設けられた一対のガイドバー（従来と同様の
ため図示略）に摺動自在に装着されることにより、前記
各電機子１２・１３が永久磁石１１に対して所定間隔を
おいて対向させられるようになっている。

【００２４】そして、本実施形態においては、前記各電
機子１２（１３）のコイル１２ａ・１２ｂ（１３ａ・１
３ｂ）のピッチＰｃを、前記永久磁石１１の着磁ピッチ
（２／３）・Ｐｍとするとともに、各電機子１２・１３
のピッチＰｄを、前記永久磁石１１によって形成される
磁束密度分布の周期に対して１／４周期ずらして設置す
ることにより、全推力が最大となるようにしている。

【００２５】これらの位置関係を電子角に基づき示せ
ば、Ｐｍ＝１８０゜、Ｐｃ＝１２０゜、および、Ｐｄ＝
２７０゜として表わされる。

【００２６】ついで、このように構成された本実施形態
に係わるリニアモータ１０の作用について説明する。

【００２７】ここで、図１に示す永久磁石１１と電機子
１２との相対位置を電子角で０゜とする。すなわち、こ
の電機子１２の中心が、前記永久磁石１１の着磁領域の
境界に一致させられた状態である。

【００２８】この状態において、前記電機子１２に駆動
電流ｉ₁＝ｉ₀・ｓｉｎθを流した場合における前記電機
子１２のコイル１２ａに発生する推力の基本波成分は、
図２（ａ）に曲線Ｂ１で示され、かつ、その高調波成分
としての３次高調波成分が曲線Ｃ１で示される。

【００２９】また、前記電機子１２に駆動電流ｉ₁＝ｉ₀
・ｓｉｎθを流した場合における前記コイル１２ｂに発
生する推力の基本波成分は、このコイル１２ｂが前記コ
イル１２ａに対して電子角において１２０゜のずれが与
えられていることと、駆動電流の向きとを考慮すると、
図２（ｂ）に曲線Ｂ２で示され、かつ、その高調波成分
としての３次高調波成分が曲線Ｃ２で示される。

【００３０】そして、前述したように、前記各コイル１
２ａ・１２ｂが１２０゜の位相でずらされていることに
より、これらの推力が合成された状態において前記両高
調波成分Ｃ１・Ｃ２が、図２（ｃ）に示すように逆位相
となり相互に打ち消し合って消滅する。

【００３１】さらに、各コイル１２ａ・１２ｂにおいて
発生させられる基本波推力成分Ｂ１・Ｂ２は、前述した
ように高調波成分Ｃ１・Ｃ２の影響がないことから、相
互に合成されて、前記電機子１２における推力波形分布
が、図２（ｃ）に曲線Ｚ１で示すように滑らかな正弦波
となる。

【００３２】一方、前記電機子１３においても同様に、
そのコイル１３ａ・１３ｂが電子角で１２０゜ずらされ
て設けられており、これらのコイル１３ａ・１３ｂに駆
動電流として駆動電流ｉ₂＝ｉ₀・ｃｏｓθを流すと、前
述した電機子１２と同様の理由により前記電機子１３に
おける推力波形分布Ｚ２が滑らかな余弦波となる。

【００３３】したがって、各電機子１２・１３における
磁束密度分布Ｚ１・Ｚ２が完全な正弦波と余弦波となる
ことにより、これらによって生成される推力Ｆが、前記
式（１）〜（６）によって導かれるように、Ｆ＝ｉ₀・
ｋとして得られ、角度θによらず一定した推力が得られ
る。

【００３４】この結果を図３に示す。

【００３５】この図において曲線Ｗは、従来のリニアモ
ータ１における推力の変化を示すもので、曲線Ｈは、本
実施形態に係わるリニアモータ１０における推力変化を
示すものである。

【００３６】この図から明らかなように、本実施形態に
係わるリニアモータ１０の推力は、従来のリニアモータ
１における推力の平均値に対して理論的に約８７％まで
低下はするが、その動作の安定性の面での優位性が大幅
に上回る。

【００３７】このように、本実施形態に係わるリニアモ
ータ１０においては、各電機子１２・１３を構成する一
対のコイル１２ａ・１２ｂ（１３ａ・１３ｂ）のピッチ
Ｐｃを永久磁石１１の着磁ピッチＰｍの２／３とすると
いった簡便な構成によって、各電機子１２・１３に発生
する推力分布Ｚ中の高調波成分Ｃが除去されて、この推
力分布Ｚが滑らかな正弦波形あるいは余弦波形となり、
推力リップルのない一定した推力Ｆが得られる。

【００３８】なお、前記実施形態において示した各構成
部材の諸形状や寸法等は一例であって設計要求等に基づ
き種々変更可能である。

【００３９】たとえば、前記実施形態においては、電機
子が２個設けられた２相構造のリニアモータについて示
したが、電機子を３個以上設けてもよいものである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるリ
ニアモータによれば、電機子を構成する一対のコイルの
ピッチＰｃを永久磁石の着磁ピッチＰｍの２／３とする
といった簡便な構成により、装置のコストの高騰を抑制
しつつ、前記各電機子に発生する推力分布中の高調波成
分を除去することができ、これによって、前記電機子に
よって生成される推力の推力リップルをなくして一定し
た推力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す要部の概略図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態に係わる磁束密度分布図で
ある。

【図３】本発明の一実施形態に係わるリニアモータと従
来のリニアモータとの推力の比較図である。

【図４】従来のリニアモータの一構造例を示す要部の斜
視図である。

【図５】従来のリニアモータの一構造例を示す要部の概
略図である。

【図６】従来のリニアモータにおける推力の発生状態を
示す図である。

【図７】従来のリニアモータにおける推力の他の発生状
態を示す図である。

【図８】従来のリニアモータの磁束密度分布図である。

【図９】従来のリニアモータにおける永久磁石による磁
束密度分布の調整例を示す概略図である。

【符号の説明】

１０リニアモータ１１永久磁石１２電機子１２ａ・１２ｂコイル１３電機子１３ａ・１３ｂコイル１４スライダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】極性が交互にかつ直線状となるように多
極着磁された永久磁石１１と、この永久磁石１１に対向
配置され、同一電流で逆方向の電流が流れる一対のコイ
ル１２ａ・１２ｂを有する電機子１２とを備えたリニア
モータであって、前記電機子１２のコイルピッチをＰｃ
とし、かつ、前記永久磁石１１の着磁ピッチをＰｍとし
た場合、前記コイルピッチＰｃが、次式で与えられるこ
とを特徴とするリニアモータ。Ｐｃ＝（２／３＋ｎ）Ｐｍ但し、ｎは整数。